细粒磁铁精矿球团孔隙结构的优化研究

针对-10 μm粒级含量32.63%、比表面积2 980 cm²/g的细粒磁铁精矿,通过有机粘结剂取代部分膨润土优化细粒磁铁精矿球团的孔隙结构,从而改善了生球及成品球质量。相比单独添加1.75%的膨润土球团,配加0.05%的有机粘结剂使膨润土用量降低至0.8%,由于有机粘结剂使小颗粒团聚成较大的颗粒,使得生球的孔隙率从16.68%提高到23.15%,球团爆裂温度从370 ℃提高到500 ℃;且预热过程球团的氧化率从67.48%提高到79.08%,球团均匀氧化避免了球团焙烧时形成双层结构;同时焙烧球孔隙率从12.33%提高到16.83%,使得球团还原度从56.8%提高到69.7%。有机粘结剂部分取代膨润土成功解决了细粒磁铁精矿球团孔隙率低导致的爆裂温度低、氧化速度慢、还原性能差等问题。     

新西兰海沙矿含碳球团成型、还原实验研究

研究了新西兰海沙矿含碳球团冷固结成型和直接还原性能, 结果表明, 球团的抗压强度随粘结剂加入量的增加先增加后减小, 随成型压力增加而增加。对比了A、B两种粘结剂的使用效果, B粘结剂制成的球团抗压强度高于A粘结剂的, 在成型压力为18 MPa时, 加入6%的B粘结剂制成的球团抗压强度可以达到2 642 N; 但不同粘结剂对还原结果影响不大。相同还原时间下, 温度越高, 金属化率越高; 增加还原时间金属化率也随之增加。球团中C/O为0.8～1.4时, 还原初期(15 min内)对球团还原金属化率影响不大; C/O小于1.0, 还原25 min后, 金属化率增加较少, 甚至出现二次氧化; C/O大于1.2,金属化率随时间增加一直增加。直接还原实验最佳结果是, 1 350 ℃下弱氧化气氛中, C/O为1.4, 还原30 min, 此时金属化率为94.7%。     

粘结剂对某高铁尾矿含碳球团强度的影响

CMC、糖浆、淀粉、膨润土、水玻璃、标准水泥等单一及复合粘结剂对某高铁尾矿压球球团强度的影响。结果表明, CMC、膨润土为粘结剂时生球效果较佳, 落下次数大于4次, 湿球抗压大于40 N, 干球抗压大于180 N; 糖浆作为粘结剂时能显著提高球团干球强度, 其落下次数大于20次, 抗压强度达到730 N; 高温强度试验表明, 球团强度在焙烧初期急速下降, 焙烧后期随着烧结现象的发生和金属铁的生成, 球团强度逐渐增强; 球团孔隙率测定试验表明, 在焙烧初期球团孔隙率迅速增大, 在焙烧5 min时达到最大, 超过50%; 最终确定0.4%CMC和8%膨润土为该矿的最佳粘结剂配比组合, 在此条件上压球, 并将球团矿直接还原磁选, 可得到全铁品位95.64%, 回收率88.42%的直接还原铁。     

粘结剂对碳硅复合球团强度的影响

工业硅生产过程中产生大量含硅、含碳废料,将其制备成碳硅复合球团再入炉,不仅可以还提高了废料利用效率,还有利于改善炉内温度分布,提高产率。粘结剂在碳硅复合球团工业化应用中必不可少。本文使用万能材料试验机研究了不同粘结剂对碳硅复合球团强度的影响,使用光学接触角/表界面张力测量仪研究了粘结剂与原料之间的润湿性能,为碳硅复合球团寻找适合的工业粘结剂提供科学依据。实验结果表明淀粉与硅石粉润湿性良好,但与煤粉不润湿,球团中含量为7%时,球团的冷强度为26.8 MPa;木质素与硅石粉和煤粉均表现出良好的润湿性,球团中木质素含量为7%时,球团的热强度为11.4 MPa;生物质油与硅石粉润湿性良好,与煤粉初始接触角大于90 °,但0.4 s后表现为润湿。生物质油为粘结剂时,球团冷热强度均较好。添加复合粘结剂5%时,球团的冷热强度分别达到29.8 MPa和11.3 MPa,抗碎率和粉化率分别为96.9%和0.98%。球团强度满足工业应用要求。     

新型高效黏结剂铁精矿氧化球团试验

应用已研发的QTJ黏结剂取代膨润土制备磁铁精矿氧化球团,获得了优质的氧化球团,满足了高炉对冶炼炉料的苛刻要求。研究结果表明：当QTJ用量为0.5%时,可获得生球抗压强度大于18 N/个,爆裂温度大于650 ℃的优质生球;在预热温度为1 000 ℃、预热时间为10 min、焙烧温度为1 250 ℃、焙烧时间为12 min的条件下,获得优质的预热球抗压强度大于480 N/个,焙烧球抗压强度大于2 800 N/个;与添加2%膨润土球团矿相比较,成品球抗压强度低一些,但生球爆裂温度升高;两种黏结剂球团的还原性能基本接近,因而QTJ黏结剂完全能取代膨润土,且在氧化球团生产中具有良好的应用前景。     

磨矿过程对某还原球团中金属铁的氧化及后续磁选的影响

以湖南某低品位赤铁矿石低温快速直接还原球团为对象,通过弱磁选、激光粒度分析、SEM、XRD和XPS等技术手段研究了磨矿过程对球团中金属铁的氧化及后续磁选的影响。研究结果表明：①直接还原球团铁品位为31.18%,金属铁含量为26.45%,金属化率达到84.83%,SiO₂含量为43.63%,金属铁多为集合体,呈蠕虫状或星点状分散于脉石矿物中,结晶粒度微细,粒径一般为10～30 μm,最大为400 μm。②延长磨矿时间,磨矿产品中铁的金属化率明显下降,磨矿10 min时铁的金属化率为82.24%,磨矿40 min时铁的金属化率降至71.67%;磁选精矿铁品位先大幅度上升后小幅下降,铁回收率先小幅上升后明显下降,铁金属化率明显下降;磁选精矿平均体积粒径、D50、D10均呈先快后慢的下降趋势,金属铁的单体解离度呈先快后慢的上升趋势;磨矿10 min时磁选精矿铁的金属化率为81.10%,磨矿40 min时铁的金属化率降至62.99%。③延长磨矿时间,磨矿产品中金属铁的衍射峰减弱,Fe₃O₄的衍射峰从无到有,从弱到强。Fe 2p3/2轨道结合能随着磨矿时间的延长而升高,金属铁颗粒表面的氧化程度加深。④SEM-EDS分析表明,磁选精矿金属铁颗粒表面与氧发生了结合,且磨矿时间越长氧含量越高,絮状含铁区域也呈现这样的特征。综上所述,还原球团中的金属铁在磨矿过程会发生氧化,且磨矿时间越长氧化程度越高。     

复合添加剂对赤铁矿球团性能影响的机理研究

研究了复合添加剂对赤铁矿球团性能的影响, 并对其机理进行了探索。研究表明, 适量的硼砂在低温下能生成一定量的液相, 有助于球团焙烧过程中的固相反应, 从而改善赤铁矿球团抗压强度, 但过量的液相会阻碍晶粒的直接接触, 不利于球团中Fe₂O₃再结晶, 降低焙烧球强度; 而且由于液相过多, 还原过程粘结力减弱, 恶化还原膨胀。MgO低温下稳定, 阻碍了赤铁矿球团中Fe₂O₃的微结晶, 降低预热球抗压强度, 但高温下形成高强度、高熔点的铁酸镁系提高了焙烧球抗压强度且改善了还原膨胀。优化试验表明, 0.2%硼砂和1.75％MgO所形成的复合添加剂能使得赤铁矿球团既有良好的冶金性能, 又能满足球团生产的抗压强度要求。     

钛磁铁矿球团预还原与熔分关系试验研究

以钛磁铁矿、煤粉和氧化钙为原料, 研究了矿粉粒度、加水量以及制球压力对球团落下强度、抗压强度的影响, 确定了最佳制球条件。根据铁矿石的直接还原和熔分原理, 研究了热量和金属化率对含碳球团熔分的影响。900 ℃以下, 球团金属化率极低, 只有热量对熔分产生影响; 1 000 ℃以上, 球团金属化率较高, 热量和金属化率共同对熔分产生影响。钛磁铁矿含碳球团的最佳制球条件为: 粒度0.075~0.106 mm, 加入水量8%, 制球压力4 MPa。通过对预还原1 000~1 300 ℃的球团进行熔分试验分析发现, 随预还原温度升高, 球团金属化率提高, 熔分时间变短。     

褐铁矿粉磁化焙烧的实验与模拟研究

针对脱水后的多孔褐铁矿, 利用同步热分析仪研究了CO在823~873 K之间还原褐铁矿的过程, 利用传热、传质与化学反应耦合的动力学模型模拟了微粉磁化焙烧的过程, 同时还模拟了孔隙率对焙烧反应的影响。实验结果表明, 细颗粒所需的反应活化能更低且反应时间明显缩短。数值计算结果表明, 当环境CO浓度由1 mol/m³增大到3 mol/m³时, 褐铁矿磁化还原时间减少了73%; 褐铁矿颗粒粒径越大, 气体越难进入到颗粒内部; 模拟和实验结果表明, 425 μm粗颗粒磁化焙烧所需时间约为75 μm颗粒的2.5倍。     

含碳球团冷固结成型试验

采用正交试验方法研究了以糖浆作为粘结剂, 钒钛磁铁矿和煤粉为原料, 在不同的粘结剂配比、成型压力和水分加入量下含碳球团的冷固结成型性能。结果表明: 制得球团在300 ℃下烘干30 min后, 抗压强度随粘结剂加入量的增加先增加后减少; 随成型压力的增加一直增加, 但增加幅度越来越小; 水分加入量在3%以下时, 对球团的抗压强度影响不大, 继续增加水分加入量, 球团的强度急剧下降。试验获得最佳工艺参数为, 粘结剂加入量6%, 成型压力18 MPa, 水分加入量2%。在该工艺条件下球团的平均抗压强度可以达到2 723 N。     

印尼某海砂矿氧化性球团制备试验研究

针对印尼海砂矿, 采用有机粘结剂和膨润土复合的方式进行造球。试验表明, 造球压力10 MPa、水分10%、矿粉粒度0.10~0.15 mm、有机粘结剂0.5%、膨润土1%条件下, 即能获得较好的生球质量, 该造球方法大大降低了膨润土使用量, 并降低了对造球用矿粉粒度的要求。焙烧试验表明, 球团在预热温度950 ℃, 预热时间30 min的情况下, 能获得较高强度的抗压强度; 焙烧温度1 220 ℃, 焙烧时间20 min时, 能得到较好的焙烧效果, 升高焙烧温度或延长焙烧时间, 球团均出现黏结现象。     

气基还原过程中球团热装对强度的影响

以铁精矿预热球团和冷装球团为对象,研究了气基还原过程中球团强度的变化规律及改善方法。研究表明,在黏结剂等量添加的情况下,球团热装有利于提高气基还原过程中的球团强度;黏结剂添加量越高球团的强度也越高;热装球团还原速度慢于冷装,添加1.5%F黏结剂的球团,冷、热装还原30 min时的还原度分别为95%和90%左右。     

钒钛磁铁矿冷压含碳球团的粘结剂选择

为了提高钒钛磁铁矿冷压含碳球团的强度, 选用膨润土、糖浆及玉米面作粘结剂, 对比了3种粘结剂对球团性能的影响, 从而确定适合转底炉工艺的较优粘结剂及最佳配加量。结果表明: 膨润土加入量超过6%时, 制备球团性能能够达到转底炉工艺要求, 但导致球团内铁品位降低程度较大;添加糖浆作粘结剂时, 在实验研究范围内, 球团性能尚未达到工艺要求, 且存在压球过程中脱模困难问题;而选用玉米面作粘结剂制备球团时各方面都能达到工艺要求。玉米面(含量2.5%)加入到浓度为4%的NaOH溶液中发酵15 min左右, 所得球团的湿球落下强度为4.8次, 湿球抗压强度为55.1 N, 干球落下强度为24.8次, 干球抗压强度为648.1 N, 湿球爆裂温度为400 ℃, 满足转底炉生产的各项指标。     

某铁精矿制备氧化球团实验研究

通过对某铁精矿的试验,研究了赤铁矿配加磁铁矿制备氧化球团的可行性以及适宜的制备条件。结果表明,在自然碱度,辊磨后,膨润土用量1.2%,鼓干温度150℃,时间2 min,抽干温度300~400℃,时间3min,预热一段温度650~800℃,时间4min,预热二段温度950~1 000℃,时间8min,焙烧温度1 200~1 280℃,时间6min条件下,可得到抗压强度2500N,具有良好冶金性能的成品球团。     

某高品位磁铁精矿球团预热-煤基直接还原研究

为了了解高品位铁精矿球团的预热及煤基直接还原特性,以某高品位磁铁精矿为原料,对添加有机添加剂的球团进行了预热及直接还原工艺条件研究,并对确定条件下的DRI球团进行了性能表征。结果表明：①预热球团的抗压强度随预热时间的延长和预热温度的升高而增大,要获得抗压强度为1 000 N/个的预热球团,1 100 ℃下需预热14 min。②1 100 ℃预热14 min的抗压强度为1 000 N/个的预热球团在C、Fe质量比为1.5,温度为1 100 ℃,时间120 min的条件下进行还原,可获得铁品位为94.12%、金属化率为98.64%的DRI球团。③DRI球团中仅呈现金属铁的衍射峰,中心金属铁互连紧密,金属键桥发育充分,铁晶粒粗大,球团边缘更明显,该有害元素含量极低的特极DRI是冶炼特殊钢、制备粉末冶金铁粉及高纯铁的优质原料。④预热球团具有足够的抗压强度不仅是回转窑安全运行的重要保证,而且对直接还原速率有明显影响,适宜采用1 100 ℃预热14 min抗压强度为1 000 N/个左右的预热球团。